在光纖通信教學(xué)中引入仿真的探索

摘 要：本文針對(duì)光纖通信課程傳統(tǒng)教學(xué)中理論性強(qiáng)、直觀性差和實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，提出在課堂教學(xué)中引入MATLAB仿真，將理論性強(qiáng)的原理和公式直觀化，通過教師演示和學(xué)生觀察思考，有效地提高光纖通信課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)教學(xué)；直觀性；MATLAB仿真；教學(xué)效果

光纖通信是高校工科電子信息專業(yè)必修的一門專業(yè)課程。該課程知識(shí)面廣，理論性和系統(tǒng)性很強(qiáng)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往只在理論上進(jìn)行論述、推導(dǎo)和證明，很難給學(xué)生較直觀的印象，教學(xué)效果不理想。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)借助現(xiàn)代教育技術(shù)提高教學(xué)效率。

MATLAB是一種以矩陣為基本編程單元的程序設(shè)計(jì)語言，不但擁有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能、圖形表達(dá)功能，還具有可視化的仿真環(huán)境。在光纖通信中引入MATLAB，可以提高教學(xué)質(zhì)量，使一些不易理解的抽象知識(shí)比較直觀地顯示出來，便于學(xué)生理解和接受，進(jìn)一步掌握課堂內(nèi)容。

一、光纖通信線路編碼原理

把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有m個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把mB變換為nB，所以稱為mBnB碼，其中m和n都是正整數(shù)，n>m，一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等。

二、3B4B仿真教學(xué)

以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有（23）8個(gè)碼字，變換為4B碼時(shí)，共有（24）16個(gè)碼字。為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來代替3B碼，輸出應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來選擇碼表。例如：在3B碼中有2個(gè)“0”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“1”；在3B碼中有2個(gè)“1”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“0”。而000用0001和1110交替使用；111用0111和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱為禁字。碼表存儲(chǔ)編碼器的工作原理示于圖1。首先把設(shè)計(jì)好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信號(hào)碼流通過串-并變換電路變?yōu)?比特一組的碼b1、b2、b3，并行輸出作為PROM的地址碼，在地址碼作用下，PROM根據(jù)存儲(chǔ)的碼表，輸出與地址對(duì)應(yīng)的并行4B碼，再經(jīng)過并-串變換電路，讀出已變換的4B碼流。

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圖1 碼表存儲(chǔ)編碼器

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圖2 3B碼4B碼波形圖

如上面兩個(gè)圖所示，水平坐標(biāo)是時(shí)間，垂直坐標(biāo)是電平幅值，觀察圖2中3B碼與4B碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)仿真的結(jié)果與理論值是一致的，說明這個(gè)仿真是有效而且正確的。我們知道，mBnB碼是在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出的，也就是說輸入一個(gè)3B碼和相對(duì)應(yīng)的輸出一個(gè)4B碼所用的時(shí)間是一樣的。如圖所示，輸入的第一組3B碼元是101，對(duì)應(yīng)輸出的4B碼元是1010。我們發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)碼元組所用的時(shí)間是一樣的，這再次說明了仿真結(jié)果的正確性。

三、結(jié)束語

光纖通信仿真教學(xué)方法吸收和運(yùn)用了先進(jìn)的教學(xué)思想，利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，將理論性強(qiáng)的原理和公式直觀化。教師演示和學(xué)生觀察思考有效地提高了光纖通信課程的教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)：

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